CN113066933B - 发光器件及其制备方法、显示基板和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发光器件及其制备方法、显示基板和显示装置，其中，发光器件包括：空穴注入层和空穴传输层，所述空穴注入层和所述空穴传输层中的至少一者掺杂有相变材料；所述相变材料配置为：在所述发光器件的电流密度达到工作电流密度时，所述相变材料发生相变，且发生相变后的所述相变材料的载流子迁移率大于所述空穴注入层中的空穴注入材料的载流子迁移率和所述空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率。本发明可以改善发光器件的发光效率发生滚降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种发光器件及其制备方法、显示基板和显示装置。
背景技术
量子点是一种重要的荧光纳米材料，其具有优异的物理化学和光学性质，例如，吸收光谱宽，发射光谱窄，量子产率高，荧光稳定性好等优点，广泛应用于生物成像、生物传感器、发光二极管(LED)和量子点太阳能电池等领域。
但是，传统的量子点发光二极管存在效率滚降的问题，从而导致传统的量子点发光二极管的效率普遍偏低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种发光器件及其制备方法、显示基板和显示装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种发光器件，包括：空穴注入层和空穴传输层，所述空穴注入层和所述空穴传输层中的至少一者掺杂有相变材料；
所述相变材料配置为：在所述发光器件的电流密度达到工作电流密度时，所述相变材料发生相变，且发生相变后的所述相变材料的载流子迁移率大于所述空穴注入层中的空穴注入材料的载流子迁移率和所述空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率。
可选地，所述相变材料包括二氧化钒。
可选地，所述二氧化钒的粒径在0.5nm至50nm之间。
可选地，所述空穴注入层包括空穴注入材料和所述相变材料，所述空穴注入层中的相变材料的掺杂浓度在0.01％至10％之间；和/或，
所述空穴传输层包括空穴传输材料和所述相变材料，所述空穴传输层中的相变材料的掺杂浓度在0.01％至10％之间。
可选地，所述发光器件还包括：第一电极层、发光层、电子传输层和第二电极层；
所述空穴注入层设置在所述第一电极层和所述发光层之间，所述空穴传输层设置在所述空穴注入层与所述发光层之间；
所述电子传输层设置在所述发光层远离所述第一电极层的一侧，所述第二电极层设置在所述电子传输层远离所述发光层的一侧。
可选地，所述发光层包括量子点层。
本发明还提供一种发光器件的制备方法，包括：
在基底上形成空穴注入层和空穴传输层，所述空穴注入层和所述空穴传输层中的至少一者掺杂有相变材料；
所述相变材料配置为：在所述发光器件的电流密度达到工作电流密度时发生相变，且发生相变后的所述相变材料的载流子迁移率大于所述空穴注入层中的空穴注入材料的载流子迁移率和所述空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率。
可选地，所述相变材料包括二氧化钒，
形成所述空穴注入层的步骤包括：
将含有二氧化钒的溶液与所述空穴注入材料混合，所述二氧化钒的质量与所述空穴注入材料的质量之比在0.01％至10％之间；
对混合后的溶液进行涂覆，并对涂覆后的溶液进行固化以得到所述空穴注入层；和/或，
形成所述空穴传输层的步骤包括：
将含有二氧化钒的溶液与所述空穴传输材料混合，所述二氧化钒的质量与所述空穴传输材料的质量之比在0.01％至10％之间；
对混合后的溶液进行涂覆，并对涂覆后的溶液进行固化以得到所述空穴传输层。
本发明还提供一种显示基板，包括上述的发光器件。
本发明还提供一种显示装置，包括上述的显示基板。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的发光器件的示意图；
图2为本发明实施例提供的发光器件的制备方法的流程图之一；
图3为本发明实施例提供的发光器件的制备方法的流程图之二；
图4a为本发明实施例提供的制备空穴注入层的流程图；
图4b为本发明实施例提供的制备空穴传输层的流程图；
图5为本发明实施例提供的制备含有二氧化钒的醇类溶液的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
除非另作定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
目前，传统的量子点发光二极管结构包括电子传输层和空穴传输层以及设置在电子传输层和空穴传输层之间的量子点层。但是，电子和空穴注入量子点层的速率不平衡(电子注入速度大于空穴注入速度)，且随着电流密度的升高，电子和空穴的注入不平衡的问题进一步加重，这将导致量子点层以非辐射复合的方式进行发光，从而使得量子点发光二极管的发光效率发生滚降。
有鉴于此，本发明实施例提供一种发光器件，图1为本发明实施例提供的发光器件的示意图，如图1所示，该发光器件包括：空穴注入层1和空穴传输层2，空穴注入层1和空穴传输层2中的至少一者掺杂有相变材料。相变材料配置为：在发光器件的电流密度达到工作电流密度时，相变材料发生相变，且发生相变后的相变材料的载流子迁移率大于空穴注入层1中的空穴注入材料的载流子迁移率和空穴传输层2中的空穴传输材料的载流子迁移率。
在本发明实施例中，相变材料可以采用相变后载流子迁移率接近导体的相变材料。在发光器件的电流密度升高并达到工作电流密度之后，工作电流密度是指，发光器件处于发光状态，且发光器件的发光亮度达到预设工作亮度时，流过发光器件的电流的电流密度。相变材料发生相变，相变材料自身的载流子迁移率大幅提升，从而使得掺杂有相变材料的空穴注入层1和/或空穴传输层2整体的载流子迁移率升高。这样一来，空穴和电子的注入速度仍然能保持平衡，从而改善了由于注入速度的不平衡导致的发光效率发生滚降的问题。
下面对本发明实施例的发光器件进行详细说明，在本发明实施例中，空穴注入层1的材料可以包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)；空穴传输层2的材料可以包括聚(9,9-二辛基芴-co-N-(4-丁基苯基)二苯胺)(TFB)，或聚乙烯咔唑(PVK)。可以在空穴注入层1和空穴传输层2中的一者中掺杂有相变材料，也可以在二者均掺杂相变材料。可选地，在本发明实施例中，在空穴注入层1中掺杂相变材料。
在一些具体实施例中，在发光器件的电流密度达到工作电流密度之前(也即相变材料相变之前)，电子和空穴的注入速度差异较小，此时的电子和空穴的注入速度可以维持在平衡状态。在一些具体实施例中，相变材料包括二氧化钒(VO2)，二氧化钒的载流子迁移率小于或等于空穴注入材料(空穴传输材料)的载流子迁移率，从而防止相变材料在相变之前影响电子和空穴注入速度的平衡状态。
发明人在研究中发现，当发光器件的电流密度达到工作电流密度之后，发光器件的温度一般在40℃至50℃左右，而二氧化钒材料可以在40℃至50℃左右发生相变，其晶格会由单斜结构向金属态金红石四方结构转换，从而使得二氧化钒材料的载流子迁移率大幅提升，进而提升空穴注入速度。
在一些具体实施例中，二氧化钒的粒径在0.5nm至50nm之间。在本发明实施例中，二氧化钒可以是以纳米微粒的形式存在的，二氧化钒纳米微粒的形状可以是正方体，圆柱形或球形。二氧化钒的粒径可以是指二氧化钒纳米微粒在任一方向上的尺寸，例如，当二氧化钒纳米微粒为球形时，二氧化钒的粒径可以是指二氧化钒纳米微粒的直径。
在一些具体实施例中，空穴注入层1包括空穴注入材料和相变材料，空穴注入层1的相变材料的掺杂浓度在0.01％至10％之间；和/或，空穴传输层2包括空穴传输材料和相变材料，空穴传输层2中的相变材料的掺杂浓度在0.01％至10％之间。以空穴注入层1为例，在制备空穴注入层1时，可以使相变材料的质量与空穴注入材料的质量之比在0.01％至10％之间，从而使得制备出的空穴注入层1中，相变材料的掺杂浓度能够达到0.01％至10％。
采用上述掺杂浓度的相变材料，在电流密度达到工作电流密度之前，由于相变材料占比较低，因此，相变材料对空穴注入速度影响较低；同时，在电流密度达到工作电流密度之后，采用上述掺杂浓度的相变材料能够使空穴的注入速度大幅提升，从而使电子和空穴的注入速度维持在平衡状态。
在一些具体实施例中，发光器件还包括：第一电极层3、发光层4、电子传输层5和第二电极层6。空穴注入层1设置在第一电极层3和发光层4之间，空穴传输层2设置在空穴注入层1与发光层4之间。电子传输层5设置在发光层4远离第一电极层3的一侧，第二电极层6设置在电子传输层5远离发光层4的一侧。
在本发明实施例中，第一电极层3可以为阳极，第二电极层6可以为阴极。第一电极层3的材料可以包括氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)材料；电子传输层5的材料可以包括氧化锌，进一步地，电子传输层5可以为氧化锌纳米粒子薄膜，或氧化锌溶胶凝胶薄膜等。发光层可以是有机发光层，也可以是量子点层。量子点层的材料可以包括无机量子点材料，例如可以是硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、锑化镉(CdTe)、硒化锌(ZnSe)、磷化铟(InP)、硫化铅(PbS)、硫铟铜(CuInS2)、氧化锌(ZnO)、氯化铯铅(CsPbCl3)、溴化铯铅(CsPbBr3)、碘化铯铅(CsPbI3)、硫化镉/硫化锌(CdS/ZnS)、硒化镉/硫化锌(CdSe/ZnS)、硒化锌(ZnSe)、磷化铟/硫化锌(InP/ZnS)、硫化铅/硫化锌(PbS/ZnS)、砷化铟(InAs)、砷镓铟(InGaAs)、铟镓氮(InGaN)、氮化镓(GaN)、碲化锌(ZnTe)、硅(Si)、锗(Ge)、碳(C)等，以及具有上述成分的其他纳米尺度材料，例如纳米棒、纳米片。可选地，在本发明实施例中，量子点层的材料可以为上述材料中不含镉的材料；第二电极层6的材料可以包括氧化铟锌材料(Indium Zinc Oxide，IZO)。
在本发明实施例中，发光器件可以为正置结构也可以是倒置结构，当发光器件为正置结构时，第一电极层3设置在发光器件的基底Sub上，第二电极层6设置在第一电极层3远离基底Sub的一侧；当发光器件为倒置结构时，第二电极层6设置在发光器件的基底Sub上，第一电极层3设置在第二电极层6远离基底Sub的一侧。
采用本发明实施例的发光器件，其可以在不牺牲电子注入速度的基础上，使电子注入速度和空穴注入速度保持平衡，同时，空穴注入速度的增加会降低载流子在界面处的聚集，进而还可以提升发光器件稳定性。
本发明还提供一种发光器件的制备方法，图2为本发明实施例提供的发光器件的制备方法的流程图之一，如图2所示，该制备方法包括：
S11、提供基底；
S12、在基底上形成空穴注入层和空穴传输层，空穴注入层和空穴传输层中的至少一者掺杂有相变材料。
其中，相变材料配置为：在发光器件的电流密度达到工作电流密度时发生相变，且发生相变后的相变材料的载流子迁移率大于空穴注入层中的空穴注入材料的载流子迁移率和空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率。
采用本发明实施例的制备方法制备得到发光器件，可以在发光器件的电流密度达到工作电流密度时，使空穴和电子的注入速度保持平衡，从而防止发光器件的发光效率发生滚降。
在一些具体实施例中，发光器件可以为正置结构或倒置结构，下面以发光器件采用正置结构为例，对本发明实施例的制备方法进行说明。图3为本发明实施例提供的发光器件的制备方法的流程图之二，图4a为本发明实施例提供的制备空穴注入层的流程图，图4b为本发明实施例提供的制备空穴传输层的流程图，图5为本发明实施例提供的制备含有二氧化钒的溶液的流程图，结合图3至图5所示，该制备方法包括：
S21、提供基底。
S22、在基底上形成第一电极层，所述第一电极层可以为阳极，第一电极层的材料可以包括氧化铟锡。在本步骤中，可以通过蒸镀或溅射等工艺在基底上形成第一电极层。
S23、对形成第一电极层的基底进行清洗。在本步骤中，可以采用异丙醇，水，丙酮溶液，并通过超声波对形成第一电极层的基底进行清洗。进一步地，还可以通过紫外UV光对形成第一电极层的基底进行处理，时长可以设置在5至10min。
S24、在第一电极层远离基底的一侧形成空穴注入层和空穴传输层，空穴注入层和空穴传输层中的至少一者掺杂有相变材料。其中，空穴传输层位于空穴注入层远离基底的一侧。
在一些具体实施例中，可以在空穴注入层中掺杂相变材料，或者在空穴传输层中掺杂相变材料，或者在空穴注入层和空穴传输层中均掺杂相变材料。空穴注入层1的材料可以包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)；空穴传输层2的材料可以包括聚(9,9-二辛基芴-co-N-(4-丁基苯基)二苯胺)(TFB)，或聚乙烯咔唑(PVK)。当空穴注入层中掺杂有相变材料(也即空穴注入层包括空穴注入材料和二氧化钒)时，如图4a所示，形成所述空穴注入层的步骤包括：
S241、将含有二氧化钒的溶液与空穴注入材料混合，二氧化钒的质量与空穴注入材料的质量之比在0.01％至10％之间；
S242、对混合后的溶液进行涂覆，并对涂覆后的溶液进行固化以得到空穴注入层。采用上述质量比制备出的空穴注入层中，相变材料(二氧化钒)的掺杂浓度在0.01％至10％之间。
在本步骤中，控制匀胶机转速为500rpm至2500rpm以对混合后的溶液进行涂覆，控制温度在130℃至150℃，以对涂覆后的溶液进行固化。
当空穴传输层中掺杂有相变材料(也即空穴传输层包括空穴传输材料和相变材料)时，如图4b所示，形成空穴传输层的步骤包括：
S243、将含有二氧化钒的溶液与空穴传输材料混合，二氧化钒的质量与空穴传输材料的质量之比在0.01％至10％之间；
S244、对混合后的溶液进行涂覆，并对涂覆后的溶液进行固化以得到空穴传输层。
如图5所示，在一些具体实施例中，制备含有二氧化钒的溶液的步骤包括步骤S251和S252：
S251、制备二氧化钒粉末，在本发明实施例中，二氧化钒可以是以纳米微粒的形式存在的。
在本步骤中，将钒的金属盐、无机盐以及氧化物粉末置于坩埚中，在马弗炉中以一定升温速度升至800℃到900℃，然后保温13至30min，使五氧化二钒粉末完全熔融，然后将熔融态的五氧化二钒迅速倒入未加热的去离子水中，快速搅拌，然后再在100℃下加热搅拌一定时间，使五氧化二钒完全溶解且无沉淀，形成五氧化二钒溶胶。之后，经焙烧，最后得到二氧化钒粉末。
S252、将二氧化钒分散于溶液中，其中，在制备空穴注入层时，具体将二氧化钒分散于醇类溶液中。
例如，将二氧化钒粉末进行研磨成粉末，倒入乙醇溶液中，并通过超声波使之在乙醇中分散，从而溶于乙醇，配制成1mg/ml的乙醇溶液。
在制备得到空穴注入层和空穴传输层之后，执行步骤S25。
S25、在空穴传输层远离基底的一侧形成发光层。
在本步骤中，发光层包括量子点层。具体地，可以通过旋涂、蒸镀，或喷墨打印等方式在空穴传输层远离基底的一侧形成量子点材料，之后通过固化得到量子点层。量子点层的材料包括无机量子点材料，例如可以是硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、锑化镉(CdTe)、硒化锌(ZnSe)、磷化铟(InP)、硫化铅(PbS)、硫铟铜(CuInS2)、氧化锌(ZnO)、氯化铯铅(CsPbCl3)、溴化铯铅(CsPbBr3)、碘化铯铅(CsPbI3)、硫化镉/硫化锌(CdS/ZnS)、硒化镉/硫化锌(CdSe/ZnS)、硒化锌(ZnSe)、磷化铟/硫化锌(InP/ZnS)、硫化铅/硫化锌(PbS/ZnS)、砷化铟(InAs)、砷镓铟(InGaAs)、铟镓氮(InGaN)、氮化镓(GaN)、碲化锌(ZnTe)、硅(Si)、锗(Ge)、碳(C)等，以及具有上述成分的其他纳米尺度材料，例如纳米棒、纳米片。可选的，本发明实施例的量子点层的材料可以选择上述材料中不含镉的材料。
S26、在发光层远离基底的一侧形成电子传输层。在本步骤中，可以通过旋涂、蒸镀或喷墨打印等方式在发光层上形成电子传输材料，之后，通过固化形成电子传输层。其中，电子传输层可以包括氧化锌纳米粒子薄膜或氧化锌溶胶凝胶薄膜。
以电子传输层为氧化锌纳米粒子薄膜为例，在发光层远离基底的一侧旋涂浓度为10mg/mL至30mg/mL的氧化锌纳米粒子，以形成电子传输材料层，其中，匀胶机的转速可以设置为500rpm至2500rpm。之后，在25℃至120℃条件下，对电子传输材料层进行固化以得到电子传输层。氧化锌纳米粒子可以为离子掺杂型氧化锌纳米粒子，例如镁，铟，铝，镓以及氧化镁纳米粒子等。
以电子传输层为氧化锌溶胶凝胶薄膜为例，将2g醋酸锌加入至含有10mL乙醇胺和正丁醇混合溶剂中以形成醋酸锌溶液，将醋酸锌溶液旋涂到发光层4远离基底的一侧，以形成电子传输材料层，其中，匀胶机的转速可以设置为1000rpm至4000rpm。之后，在180℃至250℃的条件下，对电子传输材料层进行固化以得到电子传输层。
S27、在电子传输层远离基底的一侧形成第二电极层，第二电极层可以为阴极。
在本步骤中，可以采用蒸镀或溅射的方式在电子传输层远离基底的一侧形成第二电极层。第二电极层的材料可以包括铝、铜或银等金属，也可以包括氧化铟锡薄膜或氧化铟锌等。
S28、对发光器件进行封装。具体可以是在紫外光激发下，采用紫外固化胶对发光器件进行封装，并加盖封装盖板，盖板用于对发光器件进行保护。
本发明实施例还提供一种显示基板，其中，包括：上述的发光器件。
本发明实施例还提供一种显示装置，该显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。其中，该显示装置包括：上述的显示基板。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种发光器件，其特征在于，包括：空穴注入层和空穴传输层，以及设置在所述空穴传输层背离所述空穴注入层一侧的量子点层；
所述空穴注入层和所述空穴传输层中的至少一者掺杂有相变材料；所述相变材料包括二氧化钒；
所述二氧化钒配置为：在所述发光器件的电流密度达到工作电流密度之前，所述二氧化钒的载流子迁移率小于或等于所述空穴注入层中的空穴注入材料和所述空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率；在所述发光器件的电流密度达到工作电流密度时，所述二氧化钒发生相变，且发生相变后的所述二氧化钒的载流子迁移率大于所述空穴注入层中的空穴注入材料的载流子迁移率和所述空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述二氧化钒的粒径在0.5nm至50nm之间。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述空穴注入层包括空穴注入材料和所述相变材料，所述空穴注入层中的相变材料的掺杂浓度在0.01％至10％之间；和/或，
所述空穴传输层包括空穴传输材料和所述相变材料，所述空穴传输层中的相变材料的掺杂浓度在0.01％至10％之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件还包括：第一电极层、发光层、电子传输层和第二电极层；
所述空穴注入层设置在所述第一电极层和所述发光层之间，所述空穴传输层设置在所述空穴注入层与所述发光层之间；
所述电子传输层设置在所述发光层远离所述第一电极层的一侧，所述第二电极层设置在所述电子传输层远离所述发光层的一侧。
5.一种发光器件的制备方法，其特征在于，包括：
在基底上形成空穴注入层、空穴传输层和量子点层，所述空穴注入层和所述空穴传输层中的至少一者掺杂有相变材料；所述相变材料包括二氧化钒；
所述二氧化钒配置为：在所述发光器件的电流密度达到工作电流密度之前，所述二氧化钒的载流子迁移率小于或等于所述空穴注入层中的空穴注入材料和所述空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率；在所述发光器件的电流密度达到工作电流密度时发生相变，且发生相变后的所述二氧化钒的载流子迁移率大于所述空穴注入层中的空穴注入材料的载流子迁移率和所述空穴传输层中的空穴传输材料的载流子迁移率。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述相变材料包括二氧化钒，
形成所述空穴注入层的步骤包括：
将含有二氧化钒的溶液与所述空穴注入材料混合，所述二氧化钒的质量与所述空穴注入材料的质量之比在0.01％至10％之间；
对混合后的溶液进行涂覆，并对涂覆后的溶液进行固化以得到所述空穴注入层；和/或，
形成所述空穴传输层的步骤包括：
将含有二氧化钒的溶液与所述空穴传输材料混合，所述二氧化钒的质量与所述空穴传输材料的质量之比在0.01％至10％之间；
对混合后的溶液进行涂覆，并对涂覆后的溶液进行固化以得到所述空穴传输层。
7.一种显示基板，其特征在于，包括：权利要求1至4中任一项所述的发光器件。
8.一种显示装置，其特征在于，包括：权利要求7所述的显示基板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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